Epigenomic study on the domestication of the horse using ancient DNA

L'émergence du séquençage de nouvelle génération (NGS) au début des années 2000 a été l'une des étapes marquantes dans l'histoire récente de la recherche. Cela a révolutionné non seulement le monde de la biologie moléculaire mais aussi celui des sciences en général, en permettant des avancées tant en archéologie qu'en cancérologie. Muni d'une technologie de séquençage d'ADN à très haut débit, les chercheurs ont pu caractériser des milliers de génomes anciens à ce jour, y compris parmi des lignées aujourd'hui éteintes. Cette avancée technologique majeure a également révélé qu'au-delà des séquences des génomes elles-mêmes, il est possible de recouvrer des marques épigénétiques anciennes à partir des traces ADN préservée dans le matériel archéologique. Cela a permis ainsi d'envisager étudier l'évolution possible des modifications épigénétiques portées par des individus ayant traversé de grands changements dans leurs conditions de vie, comme la domestication pour les animaux. Dans le cadre de ce doctorat, nous avons voulu évaluer et contribuer à résoudre certains des différents verrous technologiques et méthodologiques qui rendent la production d'estimations fiables des marques épigénétiques anciennes particulièrement difficile. Parmi les différentes marques épigénétiques accessibles par l'ADN ancien, nous ne nous sommes concentrés que sur la méthylation de l'ADN présente au niveau des dinucléotides CpG. Les méthodes développées nous ont permis d'aborder la question des modifications épigénétiques qui ont accompagné la domestication du cheval depuis ses origines, il y a environ 5 500 ans, jusqu'à nos jours, période au cours de laquelle plusieurs centaines de races distinctes ont été développées. S'ils ont contribué à améliorer certains aspects de l'inférence épigénétique de données anciennes, nos travaux ont néanmoins révélé des limites à la fois expérimentales et analytiques importantes. Les procédures actuelles permettant l'analyse de données épigénétiques modernes ne se révèlent malheureusement pas toujours compatibles avec l'utilisation de données anciennes. Par ailleurs, ce travail de thèse a donné plusieurs pistes d'améliorations futures concernant notre capacité à manipuler les molécules d'ADN ancien et obtenir des alignements plus fiables sur les génomes de référence.The emergence of Next Generation Sequencing (NGS) in the early 2000s was one of the milestones in the recent history of research. This technology revolutionised not only the world of molecular biology but also that of science in general, allowing advances in both archaeology and cancerology. Using ultra-high-throughput DNA sequencing technology, researchers have characterised thousands of ancient genomes to date, including some now extinct lines. This major technological breakthrough has also revealed that beyond the genome sequences themselves, it is possible to recover ancient epigenetic marks from DNA traces preserved in archaeological material. This made it possible to consider studying the potential evolution of epigenetic modifications carried by individuals who have gone through significant changes in their living conditions, such as domestication for animals. As part of this PhD, we wanted to assess and help resolve some of the various technological and methodological obstacles that make producing reliable estimates of ancient epigenetic marks particularly difficult. Among the various epigenetic marks accessible by ancient DNA, we have only focused on the methylation of DNA present at the level of CpG dinucleotides. The methods developed have enabled us to tackle the question of the epigenetic modifications that have accompanied the domestication of the horse from its origins, around 5,500 years ago, to the present day, a period during which several hundred distinct breeds have been developed. While helping to improve certain aspects of epigenetic inference from ancient data, our work nonetheless revealed significant experimental and analytical limitations. Current procedures for analysing modern epigenetic data are unfortunately not always compatible with the use of ancient data. In addition, this thesis work has provided several avenues for future improvements concerning our ability to manipulate ancient DNA molecules and obtain more reliable alignments on the reference genomes

Etude épigénomique sur la domestication du cheval à l'aide d'ADN ancien

L'émergence du séquençage de nouvelle génération (NGS) au début des années 2000 a été l'une des étapes marquantes dans l'histoire récente de la recherche. Cela a révolutionné non seulement le monde de la biologie moléculaire mais aussi celui des sciences en général, en permettant des avancées tant en archéologie qu'en cancérologie. Muni d'une technologie de séquençage d'ADN à très haut débit, les chercheurs ont pu caractériser des milliers de génomes anciens à ce jour, y compris parmi des lignées aujourd'hui éteintes. Cette avancée technologique majeure a également révélé qu'au-delà des séquences des génomes elles-mêmes, il est possible de recouvrer des marques épigénétiques anciennes à partir des traces ADN préservée dans le matériel archéologique. Cela a permis ainsi d'envisager étudier l'évolution possible des modifications épigénétiques portées par des individus ayant traversé de grands changements dans leurs conditions de vie, comme la domestication pour les animaux. Dans le cadre de ce doctorat, nous avons voulu évaluer et contribuer à résoudre certains des différents verrous technologiques et méthodologiques qui rendent la production d'estimations fiables des marques épigénétiques anciennes particulièrement difficile. Parmi les différentes marques épigénétiques accessibles par l'ADN ancien, nous ne nous sommes concentrés que sur la méthylation de l'ADN présente au niveau des dinucléotides CpG. Les méthodes développées nous ont permis d'aborder la question des modifications épigénétiques qui ont accompagné la domestication du cheval depuis ses origines, il y a environ 5 500 ans, jusqu'à nos jours, période au cours de laquelle plusieurs centaines de races distinctes ont été développées. S'ils ont contribué à améliorer certains aspects de l'inférence épigénétique de données anciennes, nos travaux ont néanmoins révélé des limites à la fois expérimentales et analytiques importantes. Les procédures actuelles permettant l'analyse de données épigénétiques modernes ne se révèlent malheureusement pas toujours compatibles avec l'utilisation de données anciennes. Par ailleurs, ce travail de thèse a donné plusieurs pistes d'améliorations futures concernant notre capacité à manipuler les molécules d'ADN ancien et obtenir des alignements plus fiables sur les génomes de référence.The emergence of Next Generation Sequencing (NGS) in the early 2000s was one of the milestones in the recent history of research. This technology revolutionised not only the world of molecular biology but also that of science in general, allowing advances in both archaeology and cancerology. Using ultra-high-throughput DNA sequencing technology, researchers have characterised thousands of ancient genomes to date, including some now extinct lines. This major technological breakthrough has also revealed that beyond the genome sequences themselves, it is possible to recover ancient epigenetic marks from DNA traces preserved in archaeological material. This made it possible to consider studying the potential evolution of epigenetic modifications carried by individuals who have gone through significant changes in their living conditions, such as domestication for animals. As part of this PhD, we wanted to assess and help resolve some of the various technological and methodological obstacles that make producing reliable estimates of ancient epigenetic marks particularly difficult. Among the various epigenetic marks accessible by ancient DNA, we have only focused on the methylation of DNA present at the level of CpG dinucleotides. The methods developed have enabled us to tackle the question of the epigenetic modifications that have accompanied the domestication of the horse from its origins, around 5,500 years ago, to the present day, a period during which several hundred distinct breeds have been developed. While helping to improve certain aspects of epigenetic inference from ancient data, our work nonetheless revealed significant experimental and analytical limitations. Current procedures for analysing modern epigenetic data are unfortunately not always compatible with the use of ancient data. In addition, this thesis work has provided several avenues for future improvements concerning our ability to manipulate ancient DNA molecules and obtain more reliable alignments on the reference genomes

Etude épigénomique sur la domestication du cheval à l'aide d'ADN ancien

The emergence of Next Generation Sequencing (NGS) in the early 2000s was one of the milestones in the recent history of research. This technology revolutionised not only the world of molecular biology but also that of science in general, allowing advances in both archaeology and cancerology. Using ultra-high-throughput DNA sequencing technology, researchers have characterised thousands of ancient genomes to date, including some now extinct lines. This major technological breakthrough has also revealed that beyond the genome sequences themselves, it is possible to recover ancient epigenetic marks from DNA traces preserved in archaeological material. This made it possible to consider studying the potential evolution of epigenetic modifications carried by individuals who have gone through significant changes in their living conditions, such as domestication for animals. As part of this PhD, we wanted to assess and help resolve some of the various technological and methodological obstacles that make producing reliable estimates of ancient epigenetic marks particularly difficult. Among the various epigenetic marks accessible by ancient DNA, we have only focused on the methylation of DNA present at the level of CpG dinucleotides. The methods developed have enabled us to tackle the question of the epigenetic modifications that have accompanied the domestication of the horse from its origins, around 5,500 years ago, to the present day, a period during which several hundred distinct breeds have been developed. While helping to improve certain aspects of epigenetic inference from ancient data, our work nonetheless revealed significant experimental and analytical limitations. Current procedures for analysing modern epigenetic data are unfortunately not always compatible with the use of ancient data. In addition, this thesis work has provided several avenues for future improvements concerning our ability to manipulate ancient DNA molecules and obtain more reliable alignments on the reference genomes.L'émergence du séquençage de nouvelle génération (NGS) au début des années 2000 a été l'une des étapes marquantes dans l'histoire récente de la recherche. Cela a révolutionné non seulement le monde de la biologie moléculaire mais aussi celui des sciences en général, en permettant des avancées tant en archéologie qu'en cancérologie. Muni d'une technologie de séquençage d'ADN à très haut débit, les chercheurs ont pu caractériser des milliers de génomes anciens à ce jour, y compris parmi des lignées aujourd'hui éteintes. Cette avancée technologique majeure a également révélé qu'au-delà des séquences des génomes elles-mêmes, il est possible de recouvrer des marques épigénétiques anciennes à partir des traces ADN préservée dans le matériel archéologique. Cela a permis ainsi d'envisager étudier l'évolution possible des modifications épigénétiques portées par des individus ayant traversé de grands changements dans leurs conditions de vie, comme la domestication pour les animaux. Dans le cadre de ce doctorat, nous avons voulu évaluer et contribuer à résoudre certains des différents verrous technologiques et méthodologiques qui rendent la production d'estimations fiables des marques épigénétiques anciennes particulièrement difficile. Parmi les différentes marques épigénétiques accessibles par l'ADN ancien, nous ne nous sommes concentrés que sur la méthylation de l'ADN présente au niveau des dinucléotides CpG. Les méthodes développées nous ont permis d'aborder la question des modifications épigénétiques qui ont accompagné la domestication du cheval depuis ses origines, il y a environ 5 500 ans, jusqu'à nos jours, période au cours de laquelle plusieurs centaines de races distinctes ont été développées. S'ils ont contribué à améliorer certains aspects de l'inférence épigénétique de données anciennes, nos travaux ont néanmoins révélé des limites à la fois expérimentales et analytiques importantes. Les procédures actuelles permettant l'analyse de données épigénétiques modernes ne se révèlent malheureusement pas toujours compatibles avec l'utilisation de données anciennes. Par ailleurs, ce travail de thèse a donné plusieurs pistes d'améliorations futures concernant notre capacité à manipuler les molécules d'ADN ancien et obtenir des alignements plus fiables sur les génomes de référence

Genome assembly and annotation of Meloidogyne enterolobii, an emerging parthenogenetic root- knot nematode

International audienceRoot-knot nematodes (genus Meloidogyne) are plant parasites causing huge economic loss in the agricultural industry and affecting severely numerous developing countries. Control methods against these plant pests are sparse, the preferred one being the deployment of plant cultivars bearing resistance genes against Meloidogyne species. However, M. enterolobii is not controlled by the resistance genes deployed in the crop plants cultivated in Europe. The recent identification of this species in Europe is thus a major concern. Here, we sequenced the genome of M. enterolobii using short and long-read technologies. The genome assembly spans 240 Mbp with contig N50 size of 143 kbp, enabling high-quality annotations of 59,773 coding genes, 4,068 non-coding genes, and 10,944 transposable elements (spanning 8.7% of the genome). We validated the genome size by flow cytometry and the structure, quality and completeness by bioinformatics metrics. this ensemble of resources will fuel future projects aiming at pinpointing the genome singularities, the origin, diversity, and adaptive potential of this emerging plant pest

Convergent origin and accelerated evolution of vesicle-associated RhoGAP proteins in two unrelated parasitoid wasps

International audienc

Origine et évolution des protéines RhoGAP associées aux vésicules chez deux guêpes parasitoïdes non apparentées

Animal venoms and other protein-based secretions that perform a variety of functions, from predation to defense, are highly complex cocktails of bioactive compounds. Gene duplication, accompanied by modification of the expression and/or function of one of the duplicates under the action of positive selection, followed by further duplication to produce multigene families of toxins is a well-documented process in venomous animals. This evolutionary model has been less described in parasitoid wasps, which use maternal fluids, including venom, to protect their eggs from encapsulation by the host immune system. Here, we evidence the convergent recruitment and accelerated evolution of two multigene families of RhoGAPs presumably involved in virulence in two unrelated parasitoid wasp species, Leptopilina boulardi (Figitidae) and Venturia canescens (Icheumonidae). In both species, these RhoGAPs are associated with vesicles that act as transport systems to deliver virulence factors, but are produced in different tissues: the venom gland in Leptopilina sp. and the ovarian calyx in V. canescens. We show that the gene encoding the cellular RacGAP1 is at the origin of the virulent RhoGAP families found in Leptopilina sp. and V. canescens. We also show that both RhoGAP families have undergone evolution under positive selection and that almost all of these RhoGAPs lost their GAP activity and GTPase binding ability due to mutations in key amino acids. These results suggest an accelerated evolution and functional diversification of these vesicle-associated RhoGAPs in the two phylogenetically distant parasitoid species. The potential new function(s) and the exact mechanism of action of these proteins in host cells remain to be elucidated.Les venins d'animaux et d'autres sécrétions à base de protéines qui remplissent diverses fonctions, de la prédation à la défense, sont des cocktails très complexes de composés bioactifs. La duplication des gènes, accompagnée d'une modification de l'expression et/ou de la fonction de l'une des duplications sous l'action de la sélection positive, suivie d'une nouvelle duplication pour produire des familles multigéniques de toxines, est un processus bien documenté chez les animaux venimeux. Ce modèle évolutif a été moins décrit chez les guêpes parasitoïdes, qui utilisent les fluides maternels, y compris le venin, pour protéger leurs œufs de l'encapsulation par le système immunitaire de l'hôte. Nous démontrons ici le recrutement convergent et l'évolution accélérée de deux familles multigéniques de RhoGAPs probablement impliquées dans la virulence chez deux espèces de guêpes parasitoïdes non apparentées, Leptopilina boulardi (Figitidae) et Venturia canescens (Icheumonidae). Chez les deux espèces, ces RhoGAP sont associées à des vésicules qui agissent comme des systèmes de transport pour délivrer les facteurs de virulence, mais elles sont produites dans des tissus différents : la glande à venin chez Leptopilina sp. et le calice ovarien chez V. canescens. Nous montrons que le gène codant pour la RacGAP1 cellulaire est à l'origine des familles de RhoGAP virulentes trouvées chez Leptopilina sp. et V. canescens. Nous montrons également que les deux familles RhoGAP ont subi une évolution sous sélection positive et que presque toutes ces RhoGAP ont perdu leur activité GAP et leur capacité de liaison à la GTPase en raison de mutations dans des acides aminés clés. Ces résultats suggèrent une évolution accélérée et une diversification fonctionnelle de ces RhoGAP associées aux vésicules chez les deux espèces de parasitoïdes phylogénétiquement éloignées. Les nouvelles fonctions potentielles et le mécanisme d'action exact de ces protéines dans les cellules hôtes restent à élucider